谈煤矿地面供电系统技术改造

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摘要：分析当前煤矿地面供电系统的现状，针对现阶段煤矿地面供电系统中存在的问题立足于技术改造原则，从供电设备升级和技术手段更新两个方面进行相关的技术改造。通过改造，不仅保证了安全稳定供电，还降低了煤矿事故的发生，使煤矿朝着严格、高效、健康的方向发展。

关键词：地面供电;技术原则;设备升级;技术改造

引言

煤炭在我国国民经济中占有重要比重[1]。煤矿供电系统关乎着煤炭的安全生产，其中煤矿供电系统包括地面供电和井下供电系统，地面供电系统的稳定决定了井下的安全供电，但是现如今很多煤矿供电系统仍然维持40多年前的总体设计要求，供电系统尚不满足国家新规定的可靠性要求。选用高性能的供电设备和新的技术手段来实现煤矿地面供电系统的安全稳定运行迫在眉睫。为了提高供电系统的可靠性，文献[2]中指出在现有的供电系统结构基础上，采用双电源和双回路供电方式，保证在当前回路发生故障时提供备用。文献[3]针对雷电事故提出了一种不间断供电的技术方案，解决了煤矿地面10kV高压供电系统防短路越级跳闸、660V低压供电选漏以及短时失压问题。本文针对当前煤矿地面供电系统中的问题进行技术改造，包括供电设备升级和技术手段更新。供电设备升级主要从输电、配电两个环节入手，分析当前煤矿供电系统设备中的严重问题，提出相应的改造方案，对于技术手段更新主要从系统的继电保护方面进行相应的设计。

1煤矿地面供电系统现状

1.1当前地面供电系统存在的问题

在我国煤矿中，地面供电高压一般采用35kV、10kV、6kV电压等级，低压采用380V、220V电压等级[4]。其中高压系统可向井下变电所供电，低压系统主要向地面锅炉房、矿井水处理站以及办公楼和其他配电点供电。为保证供电的安全可靠性，线路采用双回路供电，并根据地面负荷分布特点，设置主工业广场变电所、主扇变电所、原煤仓配电室和主斜井井口变电所。地面供配电系统结构组成如图1所示。随着煤矿生产规模的扩大，用电负荷不断增加。但是当前主变电站容量不足，无法满足日益增长的电力需求，对主变压器的扩容升级成为变电发展的关键[5]。除此以外，单台主变压器无法应对大检修、主变压器故障或者容量不足的问题。除了变压器，电容补偿器、电压互感器、电流互感器等设备陈旧，有些设备常年未被更换，因此需要频繁维护，这样一来增加了人力和成本；不光如此，有些设备已经处于极限运行状态，存在重大的安全隐患问题，例如线路老化可能引起瓦斯爆炸、通风机停机等重大安全事故问题。选用高性能的供电设备已刻不容缓。除了设备需要改造以外，煤矿供电系统技术手段已经无法达到继电保护选择性、速动性、灵敏性和可靠性四个要求。继电保护的整定值不恰当，主保护、近后备保护和远后备保护设置方式不合适，当出现故障时，保护装置出现误动、拒动，严重威胁矿井生产和人身安全[6]。总之，对当前地面供电系统的技术改造关乎着煤矿的健康发展。

1.2技术改造原则

技术改造需立足于一定的原则，具体如下：1）严格遵守国家对煤矿的安全生产规定，在保证安全的前提下进行相应的技术改造；2）保证一定的经济性，避免复杂、大动干戈的变动，减少工期，并进行有效的经济效益评估，确保成本最小化、利益最大化，充分发挥资金的使用效益；3）充分了解当前的供电情况，结合现有的技术条件，在遵守设备的技术参数指标前提下，提出合理的、合适的改造方案，确保方案具有一定可行性；4）对重点技术改造要严格遵守项目规定，项目依照程序进行申报、审批、报备，落实责任到人、领导监督和科学管理。

2供电设备升级

从当前地面供电系统的发展现状中看到，设备落后、老化带来的安全问题最为首要。本文从输配电两个环节入手，对当前的供电设备提出改造措施。

2.1输电线路改造

供电系统中，长距离架空线路在整个系统中比例很高。架空输电线路与煤矿地面之间的距离随着地形的变化而发生改变，有些已经不满足安全供电距离要求。要增加架空线路与地面的安全距离，具体可参考《110~500kV架空电力线路施工及验收规范》，并且由于煤矿工作地面的复杂性，适当增加10%~20%的裕量，确保架空线路的安全性。此外，针对混凝土电杆出现的裂缝，应该在杆塔外部增加保护层，避免长时间暴露在外引起的破裂或者其他恶劣天气带来的输电干扰。

2.2变压器改造

针对变压器扩容问题，在地面供电系统中可增加三台主变压器，分别承担重要负荷供电、一般负荷供电以及提供热备用电源，以确保变压器有足够的容量完成可靠性供电。

2.3断路器改造

针对地面供电系统超负荷现象，对供电线路采用全桥接线，将两个进线断路器设置在高压开关柜内。并且采用高压真空断路器，确保当负载端超负荷时，起到反时限保护作用。

3继电保护技术改造方案

3.1继电保护防越级跳闸

3.1.1越级跳闸问题在地面供电系统限时电流保护中，为了保证保护具有选择性，会设置一个延时△t，即上级线路比下级线路多一个△t，通常设置为0.5s。地面主工业场地35kV进线端保护时限是给定的，时限一般为1s。从进线端到馈出线，再到井口中央变电所进线，线路级数增多。当线路保护的级数过多时，整定保护时限重叠，难以保证下级线路的时限，很容易造成越级跳闸现象。其次，由于短距离供电线路中的线路阻抗较低，当故障发生在线路末端时，线路首末两端中故障电流大小相差不大，保护机构不易区分两端电流，难以保证线路保护的灵敏度，也很容易造成越级跳闸现象。

3.1.2技术方案为了解决越级跳闸现象，本文提出了两个解决方案。第一，采用纵联电流差动保护方案，其原理图如图2、图3所示。通过测量并比较线路两端电流的幅值和相位判别线路内部故障还是外部故障。线路正常运行或发生外部故障时原理图如图2所示。从图2可得，流过差动继电器KD的电流如公式（1）所示：当发生内部故障时，如图3所示。流入继电器KD的电流为如公式：最后判断当流入继电器KD的电流大于继电器的动作电流值时，继电器瞬时动作，切除故障，起到防越级跳闸问题。第二，采用时间级差闭锁保护方案。假设当线路某一级发生故障后，继电保护装置会向上一级线路发送故障信号，当对每一级保护装置设置一定的延时后，只有在延时期内本级线路没有再接收到下一级传来的故障信号，本级保护才会动作。原理图如图4所示。

3.2继电保护防单相接地

3.2.1单相接地故障问题单相接地故障多发生于地面供电系统中，并且当故障发生后，地面继电保护只报警不掉闸，造成井下中央变电所低压保护系统中电压、电流变化，进而引起井下中央变电所高压开关漏电保护系统误动。这种情况会导致井下大面积的停电，引起重大事故。

3.2.2技术方案针对这种情况，应该在地面供电系统高压馈线上安装单相接地选线保护装置。当任一线路发生单相接地故障时，快速切除故障线路。相比人工操作过程，大大减小了选择故障线路的工作量，避免了人工操作过程导致的无故障线路供电中断问题。

4结论

地面供电系统在整个供电系统中占有重要位置，关乎着煤矿的安全生产能否顺利进行。本文针对当前煤矿地面供电系统中所出现的问题，从供电设备升级和继电保护技术改造两个方面提出相应的技术改造方案，保障了供电安全稳定，提高了煤炭行业的运行标准。

参考文献

[1]张强.中国煤炭行业新常态研究[J].中国煤炭，2015，41（2）：11-15；29.

[2]王秉智.煤矿供电系统可靠性的措施与对策[J].中国矿山工程，2020，49（2）：42-43.

[3]田旭东，骆建营，闵祥晟.煤矿供电电源不间断供电可靠性技术研究[J].煤矿现代化，2019（4）：202-205.

[4]刘淑君.660V电压等级在发电厂的应用研究[D].保定：华北电力大学，2013.

[5]武鹏.提高煤矿供电系统可靠性的措施与对策[J].能源与节能，2017（7）：64-65.

[6]王丽娟.煤矿供电设备电气保护技术的探讨[J].江西煤炭科技，2015（3）：113-114.

作者：赵素芬 单位：同煤集团四老沟矿供电科